本发明公开了一种五电平双降压式并网逆变器，属于变换器技术领域，其结构包括输入直流源、输入分压电容支路、中点钳位支路、全桥功率支路、共模电感支路和输出滤波支路，其中共模电感支路和各功率支路包括多种构成和连接方式。有益之处在于：本发明的逆变器中，功率开关管和滤波电感的电压变化率低，滤波器体积小，功率密度和变换效率高；通过耦合电感减少了输出滤波支路中滤波电感的数量，并可实现双向功率流；该变换器适用于中高压、大功率应用场合，尤其在对于变换器功率密度和变换效率要求较高的新能源并网发电领域具有广阔的应用前景。
1.一种五电平双降压式并网逆变器，其特征在于：包括输入直流源Udc、输入分压电容支路(1)、中点钳位支路(2)、全桥功率支路(3)、共模电感支路(4)和输出滤波支路(5)；
所述输入分压电容支路(1)包括第一分压电容Cdc1和第二分压电容Cdc2；
所述中点钳位支路(2)包括第七功率开关管S7、第八功率开关管S8和第三功率二极管D3及第四功率二极管D4；
所述全桥功率支路(3)包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第一功率二极管D1和第二功率二极管D2；
所述输出滤波支路(5)包括第一滤波电感Lf1、第二滤波电感Lf2和滤波电容Cf；
电网电压正半周，电网ug的电压幅值大于直流电源Udc幅值的一半时，第一功率开关管S1按单极性SPWM方式高频动作，第二功率开关管S2、第五功率开关管S5和第七功率开关管S7长通，其它功率开关管驱动信号均为低电平，电网ug的电压幅值小于直流电源Udc幅值的一半时，第五功率开关管S5长通，第六功率开关管S6的驱动信号与第二功率开关管S2和第七功率开关管S7的驱动信号按单极性SPWM方式高频互补，其它功率开关管驱动信号均为低电平；
电网电压负半周，电网ug的电压绝对值的幅值大于直流电源Udc幅值的一半时，第四功率开关管S4按单极性SPWM方式高频动作，第三功率开关管S3、第六功率开关管S6和第八功率开关管S8长通，其它功率开关管驱动信号均为低电平，电网ug的电压绝对值的幅值小于直流电源Udc幅值的一半时，第六功率开关管S6长通，第五功率开关管S5的驱动信号与第三功率开关管S3和第八功率开关管S8的驱动信号按单极性SPWM方式高频互补，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
2.根据权利要求1所述的一种五电平双降压式并网逆变器，其特征在于：所述共模电感支路(4)包括第一共模滤波电感Lm1和第二共模滤波电感Lm2；
所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极及第一共模滤波电感Lm1的一个同名端连接；
所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极及第一共模滤波电感Lm1的另一个同名端连接；
所述第一共模滤波电感Lm1的两个非同名端连接后再与第一滤波电感Lf1的一端连接；
所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极及第二共模滤波电感Lm2的一个同名端连接；
所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极及第二共模滤波电感Lm2的另一个同名端连接；
所述第二共模滤波电感Lm2的两个非同名端连接后再与第二滤波电感Lf2的一端连接；
所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的一种五电平双降压式并网逆变器，其特征在于：所述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；
所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；
所述共模滤波电感Lm的两个非同名端连接后再与第一滤波电感Lf1的一端连接；
所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极、第六功率开关管S6的源极和第二滤波电感Lf2的一端连接；
所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；
所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
4.根据权利要求1所述的一种五电平双降压式并网逆变器，其特征在于：所述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、第四功率开关管S4的漏极、第八功率开关管S8的漏极和第一滤波电感Lf1的一端连接；
所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；
所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；
所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接，第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；
所述共模滤波电感Lm的两个非同名端连接后再与第二滤波电感Lf2的一端连接；
所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
5.根据权利要求1所述的一种五电平双降压式并网逆变器，其特征在于：所述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；
所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的一个非同名端和第一滤波电感Lf1的一端连接；
所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极和共模滤波电感Lm的另一个非同名端连接；
所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端和第二滤波电感Lf2的一端连接；
所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
6.根据权利要求1所述的一种五电平双降压式并网逆变器，其特征在于：所述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端和第一滤波电感Lf1的一端连接；
所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的一个非同名端连接；
所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极和共模滤波电感Lm的另一个非同名端和第二滤波电感Lf2的一端连接；
所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；
所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
一种五电平双降压式并网逆变器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种五电平双降压式并网逆变器，属于电力电子变换器技术领域。
背景技术
[0002] 随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能、风能、燃料电池等新能源发电技术成为世界各国关注和研究的热点。新能源发电系统按照是否与公共电网相连，分为并网运行和独立运行两种方式，其中，并网运行是新能源发电应用最普遍的方式，而并网逆变器作为新能源并网系统中的关键部件，提高其可靠性、效率和功率密度具有重要意义。
[0003] 双降压式逆变器具有可靠性高，独立二极管续流等优点，但是其滤波电感半周期工作，故功率密度较低。针对上述问题，文献“Chen B,Gu B,Zhang L,et al.A high-efficiency MOSFET transformerless inverter for nonisolated microinverter applications.IEEE Trans on Power Electronics,2015,30(7)：3610-3622”提出一种双降压式逆变器拓扑，如图1所示。该逆变器拓扑使得滤波电感可以全周期工作，因此，提高了逆变器的功率密度。但是，该拓扑中存在多支冗余二极管，且桥臂输出为三电平，故需进一步优化拓扑结构，采用同样的器件数量，提高逆变器的功率密度和变换效率。
发明内容
[0004] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种五电平双降压式并网逆变器。
[0005] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0006] 一种五电平双降压式并网逆变器，包括输入直流源Udc、输入分压电容支路(1)、中点钳位支路(2)、全桥功率支路(3)、共模电感支路(4)和输出滤波支路(5)；
[0007] 所述输入分压电容支路(1)包括第一分压电容Cdc1和第二分压电容Cdc2；
[0008] 所述中点钳位支路(2)包括第七功率开关管S7、第八功率开关管S8和第三功率二极管D3及第四功率二极管D4；
[0009] 所述全桥功率支路(3)包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第一功率二极管D1和第二功率二极管D2；
[0010] 所述输出滤波支路(5)包括第一滤波电感Lf1、第二滤波电感Lf2和滤波电容Cf。
[0011] 作为一种实施例，前述共模电感支路(4)包括第一共模滤波电感Lm1和第二共模滤波电感Lm2；
[0012] 所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
[0013] 所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
[0014] 所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极及第一共模滤波电感Lm1的一个同名端连接；
[0015] 所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极及第一共模滤波电感Lm1的另一个同名端连接；
[0016] 所述第一共模滤波电感Lm1的两个非同名端连接后再与第一滤波电感Lf1的一端连接；
[0017] 所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极及第二共模滤波电感Lm2的一个同名端连接；
[0018] 所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极及第二共模滤波电感Lm2的另一个同名端连接；
[0019] 所述第二共模滤波电感Lm2的两个非同名端连接后再与第二滤波电感Lf2的一端连接；
[0020] 所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
[0021] 所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0022] 作为另一种实施例，前述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
[0023] 所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
[0024] 所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
[0025] 所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；
[0026] 所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；
[0027] 所述共模滤波电感Lm的两个非同名端连接后再与第一滤波电感Lf1的一端连接；
[0028] 所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极、第六功率开关管S6的源极和第二滤波电感Lf2的一端连接；
[0029] 所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；
[0030] 所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
[0031] 所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0032] 作为再一种实施例，前述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
[0033] 所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
[0034] 所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
[0035] 所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、第四功率开关管S4的漏极、第八功率开关管S8的漏极和第一滤波电感Lf1的一端连接；
[0036] 所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；
[0037] 所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；
[0038] 所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连，第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；
[0039] 所述共模滤波电感Lm的两个非同名端连接后再与第二滤波电感Lf2的一端连接；
[0040] 所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
[0041] 所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0042] 又一种实施例中，前述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
[0043] 所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
[0044] 所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
[0045] 所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；
[0046] 所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的一个非同名端和第一滤波电感Lf1的一端连接；
[0047] 所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极和共模滤波电感Lm的另一个非同名端连接；
[0048] 所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端和第二滤波电感Lf2的一端连接；
[0049] 所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
[0050] 所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0051] 再一种实施例中，前述共模电感支路(4)包括共模滤波电感Lm；
[0052] 所述输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；
[0053] 所述第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；
[0054] 所述第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端和第一滤波电感Lf1的一端连接；
[0055] 所述第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的一个非同名端连接；
[0056] 所述第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极和共模滤波电感Lm的另一个非同名端和第二滤波电感Lf2的一端连接；
[0057] 所述第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；
[0058] 所述第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；
[0059] 所述第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0060] 进一步地，在前述的一种多输入全桥并网逆变器中，电网电压正半周，电网ug的电压幅值大于直流电源Udc幅值的一半时，第一功率开关管S1按单极性SPWM方式高频动作，第二功率开关管S2、第五功率开关管S5和第七功率开关管S7长通，其它功率开关管驱动信号均为低电平，电网ug的电压幅值小于直流电源Udc幅值的一半时，第五功率开关管S5长通，第六功率开关管S6的驱动信号与第二功率开关管S2和第七功率开关管S7的驱动信号按单极性SPWM方式高频互补，其它功率开关管驱动信号均为低电平；
[0061] 电网电压负半周，电网ug的电压绝对值的幅值大于直流电源Udc幅值的一半时，第四功率开关管S4按单极性SPWM方式高频动作，第三功率开关管S3、第六功率开关管S6和第八功率开关管S8长通，其它功率开关管驱动信号均为低电平，电网ug的电压绝对值的幅值小于直流电源Udc幅值的一半时，第六功率开关管S6长通，第五功率开关管S5的驱动信号与第三功率开关管S3和第八功率开关管S8的驱动信号按单极性SPWM方式高频互补，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
[0062] 本发明的有益之处在于：本发明的五电平双降压式并网逆变器中，功率开关管的电压变化率是三电平双降压式逆变器的一半，开关损耗小，变换效率高；在同样的电感电流纹波条件下，本发明的滤波电感电压变化幅值是三电平双降压式全桥逆变器一半，减小了滤波电感体积，提高了功率密度；而且，增加的中点钳位支路中的开关管和二极管最大电压应力为输入电压的一半，通态损耗小；此外，本发明的多电平双降压式逆变器还可以实现双向功率流运行。
附图说明
[0063] 图1是现有技术中传统的三电平双降压式逆变器的电路结构示意图；
[0064] 图2是本发明的五电平双降压式并网逆变器的实施例1的电路拓扑示意图；
[0065] 图3(a)至图3(f)是实施例1的六种工作模态图；
[0066] 图4是实施例1的驱动原理波形图；
[0067] 图5是本发明的五电平双降压式并网逆变器的实施例2的电路拓扑示意图；
[0068] 图6是本发明的五电平双降压式并网逆变器的实施例3的电路拓扑示意图；
[0069] 图7是本发明的五电平双降压式并网逆变器的实施例4的电路拓扑示意图；
[0070] 图8是本发明的五电平双降压式并网逆变器的实施例5的电路拓扑示意图。
具体实施方式
[0071] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0072] 一种五电平双降压式并网逆变器，包括输入直流源Udc、输入分压电容支路1、中点钳位支路2、全桥功率支路3、共模电感支路4输出滤波支路5。其中，输入分压电容支路1包括第一分压电容Cdc1和第二分压电容Cdc2；中点钳位支路2包括第七功率开关管S7、第八功率开关管S8和第三功率二极管D3、第四功率二极管D4；全桥功率支路3包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第一功率二极管D1和第二功率二极管D2；输出滤波支路5包括第一滤波电感Lf1、第二滤波电感Lf2和滤波电容Cf。
[0073] 共模电感支路以及各部件的具体连接结构有多种方式，以下分多个实施例进行介绍。
[0074] 实施例1
[0075] 如图2所示，共模电感支路4包括第一共模滤波电感Lm1和第二共模滤波电感Lm2。
[0076] 输入直流源Udc的正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、第一共模滤波电感Lm1的一个同名端连接；第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、第一共模滤波电感Lm1的另一个同名端连接；第一共模滤波电感Lm1的两个非同名端连接后再与第一滤波电感Lf1的一端连接；第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极、第二共模滤波电感Lm2的一个同名端连接；第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、第二共模滤波电感Lm2的另一个同名端连接；第二共模滤波电感Lm2的两个非同名端连接后再与第二滤波电感Lf2的一端连接；第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0077] 该实施例1包含六种工作模态，如图3所示：
[0078] 第一模态(图3(a))：第一功率开关管S1和第二功率开关管S2开通，无论第七功率开关管S7是否开通，进网电流均由直流电源Udc流向电网ug；
[0079] 第二模态(图3(b))：第七功率开关管S7和第二功率开关管S2开通，其它开关管关断，第三功率二极管D3导通，进网电流由第二分压电容Cdc2流向电网ug；
[0080] 第三模态(图3(c))：第五功率开关管S5开通，其余开关管关断，进网电流通过第五功率开关管S5和第一功率二极管D1续流；
[0081] 第四模态(图3(d))：第六功率开关管S6开通，其余开关管关断，进网电流通过第五功率开关管S6和第二功率二极管D2续流；
[0082] 第五模态(图3(e))：第三功率开关管S3和第八功率开关管S8开通，其余开关管关断，第四功率二极管D4导通，进网电流由第一分压电容Cdc1流向电网ug；
[0083] 第六模态(图3(f))：第三功率开关管S3和第四功率开关管S4开通，无论第八功率开关管S8是否开通，进网电流均由直流电源Udc流向电网ug；
[0084] 图4所示为实施例1的驱动原理波形图，图中，ugs1至ugs8表示第一至第八功率开关管S1～S8的驱动电压，ust1和ust2分别表示第一和第二载波信号，ue表示调制波信号。
[0085] 电网电压正半周，电网ug的电压幅值大于直流电源Udc幅值的一半时，第一功率开关管S1按单极性SPWM方式高频动作，调制波信号ue幅值大于第一载波信号ust1幅值时输出高电平，反之输出低电平。第二功率开关管S2、第五功率开关管S5和第七功率开关管S7长通，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
[0086] 电网电压正半周，电网ug的电压幅值小于直流电源Udc幅值的一半时，第五功率开关管S5长通，第六功率开关管S6的驱动信号与第二功率开关管S2和第七功率开关管S7的驱动信号按单极性SPWM方式高频互补，第六功率开关管S6的驱动信号在调制波信号ue幅值大于第二载波信号ust2幅值时输出低电平，反之输出高电平，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
[0087] 电网电压负半周，电网ug的电压绝对值的幅值大于直流电源Udc幅值的一半时，第四功率开关管S4按单极性SPWM方式高频动作，调制波信号ue绝对值的幅值大于第一载波信号ust1幅值时输出高电平，反之输出低电平。第三功率开关管S3、第六功率开关管S6和第八功率开关管S8长通，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
[0088] 电网电压负半周，电网ug的电压绝对值的幅值小于直流电源Udc幅值的一半时，第六功率开关管S6长通，第五功率开关管S5的驱动信号与第三功率开关管S3和第八功率开关管S8的驱动信号按单极性SPWM方式高频互补，第五功率开关管S5的驱动信号在调制波信号ue幅值大于第二载波信号ust2幅值时输出低电平，反之输出高电平，其它功率开关管驱动信号均为低电平。
[0089] 实施例2
[0090] 如图5所示，共模电感支路4包括共模滤波电感Lm。
[0091] 输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；共模滤波电感Lm的两个非同名端连接后再与第一滤波电感Lf1的一端连接；第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极、第六功率开关管S6的源极和第二滤波电感Lf2的一端连接；第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0092] 本实施例的驱动原理波形与实施例1相同，参见图4。
[0093] 实施例3
[0094] 如图6所示，共模电感支路4包括共模滤波电感Lm。
[0095] 输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、第四功率开关管S4的漏极、第八功率开关管S8的漏极和第一滤波电感Lf1的一端连接；第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连，第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；共模滤波电感Lm的两个非同名端连接后再与第二滤波电感Lf2的一端连接；第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0096] 本实施例的驱动原理波形与实施例1相同，参见图4。
[0097] 实施例4
[0098] 如图7所示，共模电感支路4包括共模滤波电感Lm。
[0099] 输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端连接；第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的一个非同名端和第一滤波电感Lf1的一端连接；第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极和共模滤波电感Lm的另一个非同名端连接；第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端和第二滤波电感Lf2的一端连接；第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0100] 本实施例的驱动原理波形与实施例1相同，参见图4。
[0101] 实施例5
[0102] 如图8所示，共模电感支路4包括共模滤波电感Lm。
[0103] 输入直流源Udc正输出端分别与第一分压电容Cdc1的正极、第一功率开关管S1的漏极和第三功率开关管S3的漏极连接；输入直流源Udc负输出端分别与第二分压电容Cdc2的负极、第二功率开关管S2的源极和第四功率开关管S4的源极连接；第一分压电容Cdc1的负极分别与第二分压电容Cdc2的正极、第三功率二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极连接；第三功率二极管D3的阴极与第七功率开关管S7的漏极连接；第七功率开关管S7的源极分别与第一功率开关管S1的源极、第五功率开关管S5的源极、共模滤波电感Lm的一个同名端和第一滤波电感Lf1的一端连接；第四功率二极管D4的阳极与第八功率开关管S8的源极连接；第八功率开关管S8的漏极分别与第二功率二极管D2的阳极、第四功率开关管S4的漏极、共模滤波电感Lm的一个非同名端连接；第五功率开关管S5的漏极与第一功率二极管D1的阴极连接，第一功率二极管D1的阳极分别与第二功率开关管S2的漏极和共模滤波电感Lm的另一个非同名端和第二滤波电感Lf2的一端连接；第六功率开关管S6的漏极与第二功率二极管D2的阴极连接；第六功率开关管S6的源极分别与第三功率开关管S3的源极、共模滤波电感Lm的另一个同名端连接；第一滤波电感Lf1的另一端分别与滤波电容Cf的一端和电网的一端连接；第二滤波电感Lf2的另一端分别与滤波电容Cf的另一端和电网的另一端连接。
[0104] 本发明中，五电平双降压式并网逆变器的功率开关管的电压变化率是三电平双降压式逆变器的一半，开关损耗小，变换效率高；同样电感电流纹波条件下，上述五电平双降压式并网逆变器的滤波电感电压变化幅值是三电平双降压式全桥逆变器一半，减小了滤波电感体积，提高了功率密度；上述五电平双降压式并网逆变器增加的中点钳位支路中的开关管和二极管最大电压应力为输入电压的一半，通态损耗小；上述五电平双降压式并网逆变器可以实现双向功率流运行。
[0105] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
